Солнечная система

Что представляют собой кометы и почему они выглядят так необычно? Первую удачную попытку объяснить феномен кометы предпринял немецкий математик и астроном Фридрих Бессель (1784—1846) в период наблюдения им кометы Галлея в 1835 г. Бессель создал механическую теорию кометных оболочек, основываясь на идее о том, что в голове кометы частички пыли движутся под действием притяжения к Солнцу и отталкивания от него. В конце XIX в. русский астроном Федор Александрович Бредихин (1831—1904) развил теорию Бесселя и построил эмпирическую классификацию кометных хвостов, хорошо описывающую поведение пылевой составляющей кометного вещества и не потерявшую своего значения до наших дней.

Бредихин использовал относительную величину, назовем ее h, которая показывает, во сколько раз солнечная сила отталкивания, действующая на частицы кометного хвоста, превышает силу тяготения. (Теперь известно, что это отталкивание вызвано давлением света на частицы пыли и нейтральные молекулы, а также давлением солнечного ветра на ионизованные молекулы газа.) Бредихин рассчитал формы кометных хвостов при разных значениях величины h и в соответствие с этим классифицировал наблюдавшиеся хвосты.

К I типу он отнес прямолинейные узкие хвосты, почти не отклоняющиеся от направления Солнце-комета; на их частицы действует очень сильное отталкивание; значение h для них лежит в пределах от нескольких десятков до нескольких тысяч единиц. Это газовые, а точнее — плазменные хвосты. Очертания таких хвостов часто бывают неправильными, а их внутренняя структура иногда струйчатая, винтовая или волнистая. Вдоль этих лучей могут перемещаться с большой скоростью сгустки кометной материи — облачные образования.

Ко II типу были отнесены кометные хвосты, для которых 0,6<h<2,5. Хвосты этого типа напоминают сильно изогнутый конус, отклоненный назад. Они образованы пылинками разной величины, непрерывно выделяющимися из ядра. В конце таких хвостов часто наблюдаются раздвоенные полоски, направленные к ядру кометы, — так называемые синхроны. Они возникают при единовременном (синхронном) выбросе из ядра кометы целого облака частиц, которые затем движутся с различным ускорением (световое давление действует по разному на пылевые частицы разного размера).

Если в системе координат, связанной с ядром, диапазон ускорений начинается от нуля, то и синхрона выходит непосредственно из ядра. Таковы хвосты III типа, у которых 0<h<2,5. Это короткие прямые хвосты, представляющие одну сплошную синхрону. Серия последовательных выбросов приводит к образованию нескольких синхрон в хвосте кометы.

Аномальные хвосты. Иногда у комет появляются хвосты совершенно необычного вида, их называют аномальными. В отличие от нормального кометного хвоста, направленного от Солнца, аномальный хвост имеет вид заостренной пики и направлен прямо к Солнцу. Это необычное явление отчасти объясняется геометрическими причинами: при некоторых взаимных положениях кометы, Земли и Солнца отклоненные назад хвосты II и III типов видны с Земли как бы направленными в сторону Солнца. Но, вероятно, это не единственная причина.

Возможно, аномальный хвост возникает при выбросе из ядра кометы (чаще всего — в момент наибольшего сближения с Солнцем) крупнозернистой пыли с размером частиц 0,1—1 мм. Давление света на такие крупные пылинки намного меньше их притяжения к Солнцу, поэтому и движение у них весьма своеобразное.

Есть причины полагать, что для образования аномальных хвостов недостаточно действия только сил тяготения и светового давления. Скорее всего, такие хвосты возникают при резком выбросе пылевых частиц из некоторых кометных ядер в сторону Солнца. Однако механизм направленного выброса пыли пока остается неясным.

Аномальные хвосты наблюдались более чем у 20 комет. Одной из них была комета Когоутека (1973 XII), на необычный хвост которой первыми обратили внимание астронавты, работавшие на орбитальной станции «Скайлэб».

Физические процессы в атмосфере кометы

Изучая форму комет и их спектры, астрономы в конце XIX и начале XX вв. поняли, что разреженные головы и хвосты комет состоят из молекул газа и твердых пылинок, движущихся под действием гравитации и давления солнечного света. Но ясное представление о физико-химических процессах, происходящих в кометах, сформировалось только к середине XX в.

Напомним, что раскаленные жидкости и твердые тела, а также полностью ионизованные газы дают излучение с непрерывным спектром. Горячий газ, состоящий из атомов, излучает отдельные линии, а молекулярный газ излучает широкие полосы, состоящие из множества линий.